煤自燃预测及防治新技术1

煤层自燃预测及防治

新技术

西安科技大学二OO九年九月

西安科技大学安全工程学科是我国西部 唯一的安全国家重点学科，在矿井火灾防 治方面处于国内领先地位。

安全工程学科是陕西省名牌专业、教育部 重点实验室、和国家应急救援实验中心、国 家工程中心的挂靠单位。 西安科技大学安全技术学科产业化孵化基 地——西安森兰科贸有限责任公司

西科森兰公司是集科、工、贸于一体的高科技公司。 公司以多项国家和省部级获奖科研成果为基础，以我国 西部唯一的国家级安全重点学科——西安科技大学安全 学科的雄厚科研实力为依托，勇于开拓、坚持创新，使

产品质量和技术含量不断提高。

主讲:张辛亥 教授

地址:西安市雁塔路中段58号 西安科技大学能源学院 邮编:710054 电话:15829588619传真:029-85587413 Email: Zhangxinh71@

张辛亥简介 1994毕业于西安矿业学院地质系获学士学位，1997年毕业于 西安矿业学院新材料工程系获硕士学位，2006年毕业于西安 交通大学能动学院获博士学位。 1997年至今在西安科技大学能源学院安全工程系任教。1999 年被评为讲师，2004年晋升副教授，2008年破格晋升教授。 现为西安科技大学能源学院安全工程系教师，国家一级安全 评价师，国家一级安全培训机构教师。 长期从事安全工程方面的教学科研工作，主要研究方向为煤 层自燃预测及防灭火技术。 主持或参加完成国家、省部级纵向科研项目十余项，企业合 作项目多项。科研成果获国家科技进步二等奖一项，省部级 科技进步奖8项。 近年来，发表学术论文60余篇，论文被SCI、EI收录10余篇 ，ISTP收录3篇，出版专著1部。

主要科技贡献(1)自行设计了油浴程序升温实验装置，建立了煤样程序升 温实验数据与其自然发火期之间对应关系的数学模型，从而可 根据少量煤样油浴程序升温实验的结果预测煤的实验自然发火 期，首次解决了煤自然发火期的快速、准确测试问题。 (2)建立了基于传质模拟的采空区煤自燃预测技术，解决了 复杂通风与生产条件下自燃危险区域判定与预测的难题。 (3)主持开发出复合胶体及高分子胶体防灭火材料，其添加 材料用量少、应用工艺简单，适应了快速应急灭火的需要。该 技术已在全国数十个矿井推广应用。 (4)长期深入煤矿开展科学研究，积极将科研成果投入现场 应用。任副教授期间在双鸭山、鹤岗、阳泉、铜川、黄陵、靖 远、窑街、宁煤集团、兖矿、枣庄、淮南等大型矿业集团开展 防灭火技术研究，解决了数十起矿井防灭火问题，保障了矿井 的安全生产。

学术交流

1 与奥地利

教授洽谈合作项目

2 与导师在巴黎

3 在Graz技术大学作学术报告

4 访问罗马

学术交流

1 与德国教授交流

2 与德国博士在一起

3 德国教授访问实验室

4 科技成果鉴定会上作报告

煤矿现场

1 在阿刀亥煤矿

2 在济宁三号煤矿井下

3 在双鸭山东荣三矿

4 在宣东矿注二氧化碳灭火现场

提

纲

一、概述 二、煤炭自燃过程模拟及相关参数测试 三、煤层自燃预报技术 四、煤层自燃预测技术 五、采空区自燃“三带”分布及影响因素 六、采空区开放式注氮参数优化 七、煤层自燃火灾防治新技术 八、防灭火技术应用

一、概 述1.1 煤层自燃危害我国煤炭自燃火灾十分严重。据统计，我国北方七省煤层 露头火灾着火面积有720km2,累计已烧毁煤量42亿吨以上。

一、概 述 煤矿、电厂、运煤码头港口等地面储煤场煤堆也时常发生自燃。 大同矿务局十年内煤场堆煤自燃累计烧毁煤量1000多万吨，损 失达12亿元以上。 地下开采的煤矿，大约有56%存在自然发火危险，且随着厚煤 层综采放顶煤技术的推广，以往不易着火的矿井，也频繁出现 自燃，矿井煤层自燃造成的损失每年达数十亿元。

岩 层火火

巷道

一、概 述1.2 煤层自燃特点① ② 火源点隐蔽，通常只见烟不见明火； 火灾产生的有毒有害气体在井下一维空间流动，给矿 工生命安全造极大威胁。烟回风巷

火采 空 区

火

综 放 面

煤 体体

火巷道

火

火综放面火灾

进风巷

邻近采空区自燃

一、概 述③ 松散煤体蓄热性好、热量 不易散失； ④ 能贫氧氧化、且温度越高 反应速度越快； ⑤ 热力风压自供氧，自燃过 程自加速，灭火难度大。 ⑥ 综采放顶煤工作面漏风更 复杂，容易发生大面积采空区、 巷道顶煤、及相邻采空区自燃。风化 60~70℃ 临界温度

温度

自燃

潜伏期

自热期

时间

⑦ 对于特厚煤层，由于火风压的作用，通常火源相对位置较 高、呈立体分布，灭火困难。

1.1 煤层自燃火灾特点⑧高瓦斯矿井，瓦斯抽放引起自燃危险性增强,自燃危 险区增大；自燃可能引起瓦斯燃烧或爆炸；瓦斯燃烧 又促进火蔓延，引起大面积煤层火灾； ⑨ 火区启封或进行灭火时，危险程度大。 ⑩ 综采放顶煤工作面开采强度大，绝对瓦斯涌出量更 大，自燃引起瓦斯事故的机率更高。 ⑾注水、注浆等产生的水蒸汽、水煤气与瓦斯混合， 导致其流动紊乱，爆炸危险性很大。注水、浆或 阻化剂 顶 煤CH4 +H2O(汽)

火

巷道

1.1 煤层自燃火灾特点(12) 高硫煤层自燃特点①高硫煤自燃性增加，发火期很短(如阳泉五矿); ②高硫煤层自燃机理为硫铁矿首先氧化放热，硫

铁矿 聚集区容易首先升温，然后引燃煤层，其自燃机理、 规律更加复杂。

③易燃煤层高硫煤自燃防治更加困难。通常的煤层自 燃阻化剂不能有效防止高硫矿自燃。④高硫煤自燃预报更加困难。常规的CO及碳氢化合 物气体等可作为指标气体，但有时侯不准确，需要研 究硫氧化物作为自燃预报的依据。 因此，需要研究能够阻化硫铁矿和煤炭自燃的材料。

1.2 煤层自燃需要解决的问题煤炭自燃火灾造成巨大的能源浪费和严重的环境 污染，也威胁着煤矿工人的生命安全，成为制约我 国煤炭工业发展的关键问题之一。 煤层自燃防治需要解决以下几个问题：

1 )煤自燃过程相关参数测试，包括自然发火 期、自燃在不同温度下的耗氧及气体产生率、放氧 强度等； 2 )煤层自燃危险区域判定和发火时间预测， 即实现何种情况下什么位置和什么时间可能自燃的 预测问题； 3)针对煤层自燃火灾特点的防治技术。

二、煤炭自燃过程模拟及相关参数测试(一)煤自燃过程实验模拟 煤自燃的发生和发展是一个极其复杂的、动态变 化的、自动加速的物理化学过程，其实质是一个缓慢 地自动放热升温最后引起燃烧的过程。

要通过实验真实地模拟煤的自然发火过程，必须做 到煤氧复合条件、蓄热升温条件和漏风条件相似，即 实验测试条件应与实际条件相近。模拟实验的用途： 1)使防止煤层自燃的技术措施在煤层最短自然发 火期内完成； 2)在由隐患发展到着火温度最短需要的时间内完 成治理措施，从而起到防患于未燃的目的。

二、煤炭自燃过程模拟及相关参数测试 大型煤自然发火实验 采用大煤量(1.5吨以 上)模拟现场实际自燃 的环境条件。以定量研

究的煤低温 (60~70 ℃以下)自然发火实 验系统。大型煤自然发火实验台

二、煤炭自燃过程模拟及相关参数测试 实验条件参数煤量：1.5吨左右 粒度：<50 mm 供风量： 0.5~1.5m3/h 起始温度：室温 自然发火实验模拟系统 原理图Exaust gasHeat Chromatogram preserv ation seam Gas sample

humidity

Water

waterNote: Voltage adjustor

Flux meter

Coal

Sample

:Denote survey point

220v valveair

eheater

Air pump

Electricity controlor

Voltage adjustor

380v

二、煤炭自燃过程模拟及相关参数测试 实验测试主要参数 特征温度 ①临界温度 ②干裂温度 ③着火点温度 煤自燃特性参数 ①耗氧速率 ②放热强度 标志气体 最短自然发火期 煤自燃极限参数

实验台监控平台

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